專(zhuān)利名稱(chēng)：用于微風(fēng)發(fā)電裝置的壓電振子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微風(fēng)發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于壓電效應(yīng)發(fā)電的壓電振子結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的大量應(yīng)用，使得無(wú)線(xiàn)傳感器的供能問(wèn)題成為一種有待解決的問(wèn)題，現(xiàn)有無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)主要采用電池供電的傳統(tǒng)供電方式，而傳統(tǒng)功能方式存在供能時(shí)間有限，經(jīng)常需要更換電池的缺點(diǎn)；因此從自然界中汲取一切微小的能量，實(shí)現(xiàn)自供能系統(tǒng)裝置成為一種非常有效的解決途徑。由于無(wú)線(xiàn)傳感器的低功耗需求，使得微小能量 的利用成為可能。本發(fā)明研制一種基于壓電效應(yīng)的磁浮式微風(fēng)發(fā)電裝置，利用風(fēng)力驅(qū)動(dòng)葉片帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，然后轉(zhuǎn)子上的鏈輪輪齒帶動(dòng)定子上的壓電振子振動(dòng)，通過(guò)壓電振子自由振動(dòng)產(chǎn)生輸出電荷，存儲(chǔ)至蓄電器中。目前這方面的研究成果主要如下國(guó)際方面，美國(guó)德州大學(xué)的Shashank Priya教授和其他材料科學(xué)與工程計(jì)劃的研究人員采用壓電器件制造出了一種小型發(fā)電機(jī)[1]。這種發(fā)電機(jī)可由時(shí)速8 16公里的風(fēng)力驅(qū)動(dòng)，發(fā)電機(jī)的槳葉連到凸輪上，使圍繞軸排成圓形的一串雙壓電晶片產(chǎn)生振蕩。一個(gè)采用APC855陶瓷制造的雙壓電晶片可輸出O. 935mff的功率，由11個(gè)壓電晶片組成的單元可輸出10. 2mW的功率。這種發(fā)電機(jī)要求風(fēng)速較高，對(duì)環(huán)境要求苛刻，風(fēng)速不穩(wěn)定或者較低時(shí)，則不能發(fā)電或者發(fā)電極為不穩(wěn)定。國(guó)內(nèi)方面，重慶大學(xué)進(jìn)行振動(dòng)式MEMS微型發(fā)電機(jī)實(shí)用化關(guān)鍵技術(shù)研究，研制成功接近實(shí)用化的振動(dòng)式壓電微型發(fā)電機(jī)樣機(jī)，其輸出功率為50-500uW，輸出電壓大于3V[2]。[I] S. Priya, C. T. Chen, D. Fye and J. Zahnd, “Piezoelectric Windmill: A NovelSolution to Remote Sensing,，，Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 44, No. 3, pp. 104-107, 2005.[2]微型發(fā)電機(jī)，專(zhuān)利號(hào)200310111187. 4。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種能夠在能夠提高發(fā)電效率發(fā)揮最大壓電元件效能的壓電振子。技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種用于微風(fēng)發(fā)電裝置的壓電振子，包括夾持塊、基板以及壓電元件，其特征在于所述的基板一端為夾持端，該夾持端固定在所述的加持塊上，在基板的中部設(shè)置有陣列孔，所述的壓電元件設(shè)置在基板的中部的表面上，基板另一端為自由端。所述的陣列孔的孔徑為I. 5 3mm,孔距為2 4mm。所述的壓電元件為壓電片或壓電膜。在所述的夾持塊上開(kāi)設(shè)有調(diào)節(jié)槽，所述的基板固定在所述的調(diào)節(jié)槽內(nèi)。
本發(fā)明壓電振子的壓電元件粘貼在基板中部的表面上，可以單面也可以?xún)擅娑假N；同時(shí)，在基板上開(kāi)有陣列孔，以減小彎曲所需應(yīng)力。該結(jié)構(gòu)壓電振子可在滿(mǎn)足壓電陶瓷拉伸極限條件下，提高壓電振子的剛性系數(shù)和固有頻率，從而提高壓電振子的發(fā)電效率。有益效果本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)I、基板采用了懸臂梁方式夾持，彎曲變形主要集中在中間部分(越靠近固定端，彎曲程度越大)。由于壓電片產(chǎn)生電能主要依靠彎曲變形來(lái)產(chǎn)生，所以此處壓電片只粘貼在中間部分。撥擦端的彎曲變形小，如果粘貼壓電片則效果不明顯，且增大了撥擦阻力。2、為了能夠使基板的彎曲集中在中 間部分，同時(shí)減少?gòu)澢璧膿懿亮Γ宓闹虚g部分采用了陣列小孔的結(jié)構(gòu)。如果直接開(kāi)一個(gè)大孔，則會(huì)影響到壓電片與基板的貼合程度，使得壓電片容易在振動(dòng)過(guò)程中斷裂。采用密集的陣列小孔，可以有效的避免應(yīng)力集中，同時(shí)保證壓電片與基板的貼合程度。在保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的情況下，采用密集陣列小孔的方式可以降低結(jié)構(gòu)的固有頻率，提高壓電振子的發(fā)電效率。


圖I是本發(fā)明壓電振子結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明壓電振子與齒輪相互作用示意圖。圖3是本發(fā)明基板結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明基板與壓電片連接示意圖。圖中1、齒輪；2、轉(zhuǎn)軸；3、基板；31、夾持端；32、自由端；33、陣列孔；4、壓電片；5、夾持塊；6、螺釘，7膠水。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明壓電振子設(shè)置在齒輪I的外圍，如圖2所示。壓電振子的結(jié)構(gòu)如圖I所示，包括夾持塊5、基板3以及壓電元件，其中壓電原件可以是壓電片4或者壓電膜，基板3 —端為夾持端31,該夾持端31固定在夾持塊5上,在基板3的中部設(shè)直有陣列孔33,壓電片4或者壓電膜設(shè)置在基板的中部的表面上，基板3另一端為自由端32，參見(jiàn)圖3。如圖4所示，壓電振子的基板3和壓電片4通過(guò)AB膠粘接。壓電振子基板3采用80*20mm的O. 3mm厚不銹鋼板切割而成，并在粘貼壓電片位置打有3*2的孔徑為3mm小孔的陣列孔33。壓電片4采用25*20mm的O. 25mm厚PZT-5H壓電材料。在粘貼前需要使用酒精清洗，保持表面無(wú)異物。AB膠的厚度應(yīng)保持在O. Imm以?xún)?nèi)，并在壓電片4的上下焊接正負(fù)極引出導(dǎo)線(xiàn)。壓電振子安裝在壓電片夾持塊9上后需要進(jìn)行調(diào)整，保證齒輪I能夠順利撥動(dòng)壓電振子，達(dá)到3mm左右的振幅。
權(quán)利要求
1.一種用于微風(fēng)發(fā)電裝置的壓電振子，包括夾持塊、基板以及壓電元件，其特征在于所述的基板一端為夾持端，該夾持端固定在所述的加持塊上，在基板的中部設(shè)置有陣列孔，所述的壓電元件設(shè)置在基板的中部的表面上，基板另一端為自由端。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于微風(fēng)發(fā)電裝置的壓電振子，其特征在于所述的陣列孔的孔徑為I. 5 3mm,孔距為2 4mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的用于微風(fēng)發(fā)電裝置的壓電振子，其特征在于所述的壓電元件為壓電片或壓電膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于微風(fēng)發(fā)電裝置的壓電振子，其特征在于在所述的夾持塊上開(kāi)設(shè)有調(diào)節(jié)槽，所述的基板固定在所述的調(diào)節(jié)槽內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于微風(fēng)發(fā)電裝置的壓電振子，一種用于微風(fēng)發(fā)電裝置的壓電振子，包括夾持塊、基板以及壓電元件，其特征在于所述的基板一端為夾持端，該夾持端固定在所述的加持塊上，在基板的中部設(shè)置有陣列孔，所述的壓電元件設(shè)置在基板的中部的表面上，基板另一端為自由端。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明壓電振子的壓電元件粘貼在基板中部的表面上，可以單面也可以?xún)擅娑假N；同時(shí)，在基板上開(kāi)有陣列孔，以減小彎曲所需應(yīng)力。該結(jié)構(gòu)壓電振子可在滿(mǎn)足壓電陶瓷拉伸極限條件下，提高壓電振子的剛性系數(shù)和固有頻率，從而提高壓電振子的發(fā)電效率。
文檔編號(hào)H02N2/18GK102857141SQ201210277509
公開(kāi)日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月7日
發(fā)明者曹麗潔, 葉明 , 周成鋒 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)